Лаборатория — это не всегда чистая комната с приборами и нормальным отоплением. Некоторые из них находятся в местах, где работа уже сама по себе похожа на испытание: среди вечной мерзлоты, на океанском дне, в разреженном горном воздухе или космическом вакууме.

Иногда сама среда становится частью эксперимента (как на станции Конкордия в Антарктиде). И именно из таких мест приходят открытия, которые помогают понять устройство Вселенной, климат и даже наше собственное тело. Вот семь мест, где учёные работают на пределе — и делают это добровольно.

IceCube — нейтринная обсерватория подо льдом Антарктиды

Начнём с самой холодной физической лаборатории в мире. IceCube Neutrino Observatory находится на станции Амундсен-Скотт, прямо на Южном полюсе. Но самое интересное — не на поверхности, а глубоко под ней.

Детектор состоит из более чем 5 000 оптических сенсоров, погружённых в антарктический лёд на глубину от 1 450 до 2 450 метров. Вместе они охватывают целый кубический километр льда. Их задача — ловить нейтрино, почти невесомые субатомные частицы, которые рождаются при самых мощных событиях во Вселенной: взрывах звёзд, столкновениях галактик.

Нейтрино почти не взаимодействуют с материей — они пролетают сквозь планету, не задевая ни одного атома. Но изредка одна частица всё-таки сталкивается с молекулой воды во льду и порождает вспышку так называемого черенковского излучения — слабого голубого света, который и фиксируют сенсоры. Каждый день обсерватория собирает около терабайта данных. А в 2018 году именно IceCube впервые помог связать высокоэнергетические нейтрино с конкретным источником — далёким блазаром.

Брукхейвенская лаборатория и самая горячая температура на Земле

Если IceCube — про холод, то Брукхейвенская национальная лаборатория на Лонг-Айленде в Нью-Йорке — полная противоположность. Здесь находится Релятивистский коллайдер тяжёлых ионов (RHIC), который в 2012 году установил рекорд: температура около 4 триллионов градусов Цельсия. Это в 250 000 раз горячее, чем в центре Земли.

Такой жар возникает при столкновении ионов золота, разогнанных почти до скорости света. В результате на долю секунды появляется кварк-глюонная плазма — состояние материи, которое существовало в природе лишь в первые мгновения после Большого взрыва. По сути, учёные воссоздали «суп» из элементарных частиц, из которого когда-то родилась вся материя во Вселенной.

RHIC — второй по мощности коллайдер тяжёлых ионов после «>Большого адронного коллайдера в ЦЕРН. Но у него есть своя уникальная суперспособность: это единственная установка, где сталкивают поляризованные протоны, чтобы изучить, как протоны получают свой спин.

Пирамида у подножия Эвереста — самая высокая наземная лаборатория

В национальном парке Сагарматха в Непале, на высоте 5 050 метров над уровнем моря, стоит трёхэтажная пирамида из стали, стекла и алюминия. Это не храм и не памятник, а самая высокогорная наземная лаборатория в мире — Pyramid International Laboratory.

На такой высоте кислорода в воздухе примерно вдвое меньше, чем на уровне моря, поэтому людям так тяжело даётся подъём к Эвересту даже при хорошей подготовке. И работать физически тяжело, а любая простуда может перерасти в серьёзную проблему. Но именно поэтому здесь и нужна лаборатория: учёные изучают физиологию человека в условиях высокогорья, а также геологию, климат и окружающую среду.

Пирамида устроена компактно: на первых двух уровнях — лаборатории и склады, на третьем — телекоммуникационное оборудование и обработка данных. Интересно, что местные жители тоже пользуются телеком-оборудованием лаборатории — для них она стала не только научным объектом, но и практическим ориентиром.

Aquarius Reef Base — единственная подводная лаборатория в мире

В 60-х годах прошлого века подводных лабораторий было больше шестидесяти. Сегодня осталась ровно одна — Aquarius Reef Base у побережья Ки-Ларго во Флориде. Она лежит на глубине около 18 метров, рядом с коралловым рифом Конч-Риф, в национальном морском заповеднике Флорида-Кис.

Внутри есть шесть спальных мест, душ, туалет, компьютеры и даже окна с видом на подводный мир. Учёные живут и работают здесь по несколько дней или даже недель, используя технику насыщенного погружения — когда организм полностью адаптируется к давлению на глубине и дайвы могут длиться до 9 часов вместо обычных одного-двух. Aquarius часто сравнивают с подводной космической станцией.

В 2014 году океанограф Фабьен Кусто — внук легендарного Жака-Ива Кусто — провёл здесь 31 день с командой из пяти человек. За это время, по его оценкам, команда собрала объём данных, на сбор которого обычным способом ушло бы два года. Лаборатория пережила несколько ураганов и даже временное закрытие из-за сокращения бюджета, но сейчас принадлежит Международному университету Флориды и продолжает работу. А ещё здесь тренируются астронавты NASA — подводная среда неплохо имитирует условия невесомости.

ЦЕРН — лаборатория в подземных тоннелях на глубине 175 метров

Европейская организация по ядерным исследованиям (ЦЕРН), расположенная на границе Швейцарии и Франции недалеко от Женевы, занимает более 550 гектаров. Большой адронный коллайдер (БАК) — главная установка ЦЕРНа — находится в тоннеле на глубине 150 метров и протяжённостью 27 километров.

Здесь работают более 10 000 учёных и инженеров из 113 стран. Именно в ЦЕРН была открыта частица, предсказанная ещё полвека назад — бозон Хиггса, а ещё раньше здесь изобрели Всемирную паутину (World Wide Web). Кстати, Большой адронный коллайдер нужен не только для фундаментальной физики: БАК стал обогревателем для тысяч домов рядом с ЦЕРН.

С момента основания в 1954 году лаборатория выросла до масштабов небольшого города. В ЦЕРН сейчас планируют построить ещё один тоннель — в три раза длиннее нынешнего. Цель всего этого гигантизма проста: разобраться в природе Вселенной. Задача, под стать которой нужен и масштаб.

SNOLAB — самая глубокая подземная лаборатория в мире

В канадском Онтарио, внутри действующей никелевой шахты, на глубине 2 километра находится SNOLAB — самая глубокая подземная лаборатория на планете. Подземная площадь комплекса — 5 000 квадратных метров, плюс наземное здание поддержки ещё на 3 100 квадратных метров.

Зачем забираться так глубоко? Два километра горной породы работают как естественный фильтр: они блокируют космические лучи, которые на поверхности создают «шум» и мешают регистрировать редкие частицы. Это позволяет учёным искать тёмную материю — загадочную субстанцию, которая, по расчётам, составляет около четверти массы Вселенной, но до сих пор ни разу не была обнаружена напрямую. Чтобы понять глубокий космос, физикам иногда приходится спускаться в недра Земли.

Кроме тёмной материи, в SNOLAB изучают солнечные нейтрино низких энергий и ищут нейтрино от вспышек сверхновых. Интерес к лаборатории проявляют и специалисты по сейсмологии, геофизике и даже подземной биологии.

МКС — лаборатория на орбите Земли

Международная космическая станция — самая экстремальная лаборатория из всех. Она летит на высоте 330–435 километров над Землёй со средней скоростью около 28 000 км/ч. Размеры впечатляют: 108,5 метра в ширину и 72,8 метра в длину — это сопоставимо с футбольным полем.

На борту проводят эксперименты по биологии человека, физике, метеорологии и астрономии. Почти невесомая среда на станции — результат не «нулевой гравитации», как часто думают, а постоянного свободного падения: «>станция всё время «падает» вокруг Земли, просто двигается при этом достаточно быстро, чтобы не врезаться в поверхность.

С ноября 2000 года МКС непрерывно обитаема — это уже больше 25 лет постоянного присутствия людей в космосе. Станцию посещали астронавты из более чем 15 стран. Сейчас МКС планируют эксплуатировать до конца 2030 года, после чего её ждёт управляемый сход с орбиты и затопление в удалённом районе Тихого океана. На смену должны прийти коммерческие орбитальные станции.

Чтобы узнать что-то действительно важное о мире, иногда приходится уйти туда, где этот мир наименее приветлив. Подо льдом, под водой, под землёй или в вакууме — наука продолжает работать. И именно из таких мест нередко приходят открытия, которые потом меняют жизнь самых обычных людей на самой обычной поверхности Земли.

Международная космическая станция снова стала популярна: за последнее время вышло два фильма (российский нашумевший на весь мир «Вызов» и американский «МКС — I.S.S») и готовится к премьере сериал «Созвездие». МКС стала абсолютным мировым символом и неотъемлемой частью массовой культуры. Все мы знаем, что орбитальная лаборатория — это вершина новаторской инженерной мысли, о которой говорят с момента ее появления на орбите Земли. Но, оказывается, нам известно не все об этом чуде. Станция таит в себе множество малоизвестных фактов.

Многоцелевой космический исследовательский комплекс вращается вокруг нашей планеты, делая один виток примерно за 90 минут. И это происходит непрерывно на протяжении более 25 лет. И несмотря на возникающие неисправности, начиная от поломки туалета и заканчивая утечками воздуха, космолаборатория продолжает работать и по сей день.

Международная орбитальная станция — пример невероятной инженерной мысли и человеческой изобретательности. В ней собраны все самые новаторские изобретения и технологии, вплоть до уникальных мер пожарной безопасности и создания условий для микрогравитации, а также сложных систем рециркуляции воды.

2. Космонавты пьют эспрессо

Даже находясь в космосе, человеку может захотеться рано утром выпить чашечку горячего кофе. К счастью, на МКС есть настоящая эспресс-машина, созданная для работы в невесомости, которую доставили на станцию в 2015 году.

Кофемашину назвали ISSpresso (ISS — англоязычная аббревиатура МКС). Аппарат — это результат совместного сотрудничества итальянской кофейной компании Lavazza, инженерной фирмы Argotec и Итальянского космического агентства.

Устройство работает с использованием чашки-непроливайки Space Cup (NASA) и специально разработанной кофейной капсулы, содержащей кофе. Экипаж вставляет эти компоненты в ISSpresso, и затем кофемашина производит напиток.

3. Могут ли хакеры взломать МКС?

Роскосмос, Nasa и другие космические агентства приняли множество мер, чтобы обеспечить защиту МКС от атак хакеров. Да-да, этих сетевых преступников боятся даже в космосе. В качестве главной меры безопасности станция изолирована от общедоступных сетей Интернета. Но это не значит, что там нет доступа во Всемирную паутину. Да, сеть доступна, но она медленная, и, по сути, это зеркальная версия обычного Интернета.

То есть трафик фильтруется через специальные серверы, проводя передачу данных по зашифрованным каналам связи. Для устойчивости и безопасности сетевого подключения проводится регулярное обновление программного обеспечения, а также внедрены межсетевые экраны и системы обнаружения вторжений. У американцев есть даже специальное руководство космической безопасности. Этот каталог-справочник подробно описывает меры контроля и способы создания надежной кибербезопасности.

4. Есть ли на станции микробы и бактерии?

На фото: астронавт NASA, бортинженер 65-й экспедиции Меган Макартур вытирает поверхность, чтобы собрать образец микроорганизмов, присутствующих на МКС, для анализа и отслеживания в рамках исследования Microbial Tracking-3.

Космонавты и их груз регулярно завозят на МКС микробы, что создало на станции уникальную микробную среду с момента ее первого витка вокруг Земли в 1999 году.

Более двухсот миссий внесли свой вклад в эту особую микробную популяцию в космической лаборатории, за которой, кстати, следят ученые, проводя различные исследования. Ограниченная космическая среда, а также ослабленная иммунная система космонавтов и более агрессивные бактерии приводят к тому, что простуда в космосе протекает намного хуже, чем на Земле.

На основе каталога бактерий, живущих на МКС, космические агентства ведут разработки мер безопасности для космонавтов. Особенно это актуально для тех, кто выполняет долгосрочные космические миссии.

5. Есть ли на МКС плесень?

Продолжая тему о микроорганизмах, стоит также отметить, что экипаж МКС постоянно ведет борьбу с плесенью. Из-за высокой влажности, отсутствия гравитации и закрытой среды плесень растет на станции быстрее, чем на Земле. И эта проблема требует особых протоколов очистки.

Первый зарегистрированный случай роста плесени на МКС произошел еще в 2004 году, когда в образце, взятом из кулера для воды, было обнаружено присутствие плесени Aspergillus и Penicillium. Экипажу пришлось чистить дозатор и следить за уровнем влажности в помещении, чтобы предотвратить дальнейший рост.

На фото плесень на МКС. В этом месте сушилась спортивная одежда космонавтов.

В 2011 году еще одна подобная проблема возникла, когда плесень была обнаружена в японском модуле МКС. Экипажу пришлось чистить вентиляцию перекисью водорода и менять воздушный фильтр, чтобы предотвратить распространение грибов.

В 2016 году также был зафиксирован рост плесени.

6. Чем пахнет на станции?

Несмотря на тщательную очистку воздуха, в космической лаборатории, по словам экипажа, не очень приятные запахи. Внутри пахнет озоном, порохом, антисептиком, мусором, человеческим телом и т. д.

Также плохо пахнет из туалета, который предназначен для переработки мочи в питьевую воду; однако после завершения этого процесса немного отходов жизнедеятельности все же остается. Система испаряет остатки мочи, и выхлопные газы могут иметь неприятный запах, несмотря на тщательную фильтрацию.

Но, как говорят космонавты, со временем они привыкают ко всем запахам и уже их не чувствуют.

7. Как на станции добывают воду?

На фото слева: космонавт ЕКА (Европейского космического агентства) немец Маттиас Маурер заменяет емкость для сбора мочи, которая будет переработана в воду. Справа — астронавт NASA Кайла Бэррон держит фильтр переработки различных жидкостей в воду

Доставка воды на МКС — дело непростое и недешевое, требующее нестандартного подхода к переработке уже существующей на борту воды. В прошлом году в ходе испытания системы жизнеобеспечения была достигнута степень восстановления воды на 98%.

Эта система собирает сточные воды и отправляет их на установку водоочистки (WPA), которая производит питьевую воду. В одном специализированном компоненте используются усовершенствованные осушители для улавливания влаги, попадающей в воздух кабины от дыхания и пота экипажа.

В процессе очистки специальные датчики проверяют чистоту воды и в случае ее непригодности снова отправляют на цикл переработки. Также система добавляет йод в уже очищенную воду для предотвращения роста микробов и хранит ее для экипажа. Каждому члену экипажа требуется около 4,5 литров воды в день для потребления, приготовления пищи и гигиены, например чистки зубов.

8. Модуль МКС «Купол»

Астронавт NASA, бортинженер 68-й экспедиции Джош Кассада внутри модуля «Купол».

МКС совершила свой первый виток вокруг Земли в 1998 году. Но тогда на станции не было знаменитого американского модуля «Купол» — панорамного обзорного купола, состоящего из семи прозрачных иллюминаторов, потому что изначально его не было в проекте космической лаборатории.

Вид на Землю из модуля «Купол».

Купол установили только в 2010 году, он подарил космонавтам превосходный вид на Землю и космос. Кстати, мало кто знает о том, что аппарат имеет защитные ставни (заслонки), которые закрываются, чтобы защитить окна от потенциальных ударов микрометеоритов.

9. Угрожает ли станции космический мусор?

След от удара микрометеора.

То, что МКС может столкнуться с космическим мусором, волнует многих, в том числе и киношников, которые любят снимать космические катастрофы. Особенно им полюбились сюжеты, где крошечный астероид или небольшой кусочек мусора, прошив обшивку станции, превращает ее в огромную кучу космического мусора. Но на самом деле лаборатория не так-то и проста, потому что устроена намного сложнее, чем кажется.

В 2016 году «чешуйка краски или небольшой металлический фрагмент размером не более нескольких тысячных миллиметра» попал в окно купола, оставив на стекле скол.

Действительно, микрометеоры и обломки время от времени врезаются в МКС, и это нормально, учитывая, что космическая станция является самым тяжелобронированным космическим кораблем, когда-либо построенным человечеством. Но не все летающие частицы и куски мусора безопасны для станции; например, предметы диаметром более 1 сантиметра, летящие со скоростью, превышающей 29?000 километров в час, скорее всего, пробили бы корпус лаборатории, что, понятно, было бы очень плохо.

10. Как тушат пожары на МКС

Пожары в космосе могут быть особенно опасными из-за отсутствия гравитации, которая влияет на поведение и распространение пламени. На МКС есть специально разработанные огнетушители, которые созданы для условий микрогравитации. Для тушения пожара используют смесь микрораспыленной воды и газообразного азота (или, проще говоря, мелкий водяной туман).

Эти огнетушители работают в любом положении и имеют удлинитель для работы в закрытых помещениях, обеспечивая эффективную пожарную безопасность в уникальной среде космостанции. Разработка этих огнетушителей была результатом совместных усилий компаний ADA Technologies, Wyle и космического агентства NASA. Азотно-водяные огнетушители были доставлены на борт МКС в 2016 году, заменив классические устройства пожаротушения CO2.

11. Есть ли у МКС двигатели?

На фото космический корабль "Прогресс". Пристыковка.

Время от времени станции требуется толчок, чтобы сохранять нужную траекторию по орбите и поддерживать высоту. Несмотря на то, что МКС оснащена собственными двигателями, их недостаточно для мощных маневров лаборатории из-за ограниченного запаса топлива, необходимой мощности, чтобы сохранять бортовые ресурсы для других важных операций (таких как управление ориентацией в пространстве и маневров с целью предотвращения столкновений с космическим мусором).

Поэтому вместо стационарных двигателей для обеспечения внешнего ускорения используются мощные силовые установки пристыкованных космических кораблей, которые изначально и спроектированы, и разработаны для таких задач. Кстати, они для работы используют собственное топливо, что сводит к минимуму нагрузку на ресурсы МКС.

Грузовой корабль Cygnus компании Northrop Grumman.

При этом российский «Прогресс» в настоящее время является единственным космическим кораблем, официально разрешенным для маневров станции. Есть и другие космические корабли, такие как «Сигнус» компании Northrop Grumman и российская «Звезда», которые могут быть использованы для придания движения (или для торможения) лаборатории, но официально их применение не санкционировано для этой цели. Кроме того, для работы двигателей модуля «Звезда» требуется дополнительная подготовка («Прогресс» должен заправлять «Звезду» топливом для этой задачи).

Nasa не нравится такая ситуация, поэтому они планируют использовать свой корабль. Для этого американское агентство проводило испытания по работе служебного модуля Cygnus.

12. Как на станции сохраняют тепло?

Внешняя оболочка МКС выдерживает быстрые температурные перепады, пока станция вращается вокруг Земли, постоянно переходя от солнечного света к темноте каждые 45 минут. Внутри же тепло не поднимается вверх и не циркулирует, как это обычно происходит на Земле под действием силы тяжести. Поэтому лаборатория оснащена сложной системой терморегулирования, позволяющей управлять температурными изменениями за бортом, обеспечивая внутри комфортный климат.

Инфографика переведена через онлайн-переводчик Яндекс.
EKA

Система терморегуляции стабилизирует экстремальные температурные нагрузки, используя внутренний водяной контур для поглощения тепла внутри кабины, продуктов жизнедеятельности космонавтов и оборудования. Затем это тепло через теплообменники передается во внешний контур, наполненный аммиаком.

Внутри МКС поддерживается температура от 18 до 23 градусов по Цельсию, обеспечивая (достаточно) приемлемые условия для космонавтов и для безопасности бортового оборудования.

13. Размеры станции больше, чем кажется

Тесные внутренние отсеки и узкие проходы орбитальной станции создают впечатление, что она относительно небольшая, но на самом деле лаборатория удивительно большая. Жилая и рабочая зоны МКС больше частного дома с шестью спальнями, гостиной, двумя туалетными комнатами и тренажерным залом.

Внешне станция также впечатляет своими габаритами: размах крыльев солнечной батареи составляет 109 метров, что превышает длину Airbus A380, крупнейшего в мире пассажирского самолета, размах крыльев которого 80 метров.

Длина МКС составляет 109 метров от одного конца до другого, что соответствует длине футбольного поля. Кроме того, на борту находится более 12 км проводов, которые образуют на станции электроэнергетическую систему. Общий вес МКС — около 445075 кг.

14. Как и когда будут утилизировать МКС?

МКС планируется вывести из эксплуатации к 2030 году, но нелегкая утилизация орбитальной лаборатории будет недешевым мероприятием (планируется затопить ее в необитаемой части Тихого океана). Чтобы захватить станцию ??и втянуть ее в атмосферу Земли (контролируемый вход), необходим космический буксир. Проблема в том, что предлагаемый спускаемый аппарат будет стоить 1 миллиард долларов. Это будет самый дорогой мусоровоз в мире.

15. Кто дольше всего пробыл на МКС (в космосе)?

Недавно российский космонавт Олег Кононенко установил мировой рекорд по суммарному пребыванию в космосе. Он в ходе пяти космических полетов провел в космосе 878 суток 11 часов 29 минут 48 секунд.

Олег является командиром отряда космонавтов «Роскосмоса» и в настоящий момент проводит свой пятый космический полет, работая на МКС. Его экспедиция, согласно планам российского космического агентства, должна завершиться 23 сентября 2024 года). В итоге суммарно Кононенко проведет в космосе 1110 суток.

Космонавты сжигают свою одежду

Поскольку вода на МКС на вес золота, там нет стиральной машины. Один из вариантов решения проблемы – брать с собой достаточное количество одежды, чтобы ее хватило на весь полет. А вот везти ее обратно на Землю нет смысла.

Экипаж, возвращающийся на Землю, также не может забрать с собой старую одежду – в космическом аппарате мало места. Решение? Сжечь все дотла.

Россия время от времени запускает беспилотные космические аппараты для доставки новых припасов на МКС. Эти корабли могут совершать полеты только в одну сторону и не могут вернуться обратно на Землю. Как только они пристыковываются к МКС, экипаж станции разгружает доставленные припасы, а затем заполняет пустой космический аппарат различным мусором, отходами и грязной одеждой. Затем аппарат отстыковывается и падает на Землю. Сам корабль и все, что находится на его борту, сгорает в небе над Тихим океаном.

На борту МКС есть оружие

Обычно на борту Международной космической станции присутствует один или два пистолета. Они принадлежат российским космонавтам, но хранятся в «наборе выживания», доступ к которому имеется у всех на станции. Каждый пистолет имеет три ствола и способен стрелять сигнальными ракетами, винтовочными патронами, а также патронами для дробовика. Они также оснащены складными элементами, которые можно использовать в качестве лопаты или ножа.

Отбиваться от инопланетян этим оружием, конечно, никто не собирается. Оно нужно на случай приземления космонавтов вдали от запланированного места посадки. Так, в 1965 году командиру «Восхода-2» Павлу Беляеву и второму пилоту Алексею Леонову пришлось столкнуться на Земле с агрессивными дикими медведями.

Однако в последнее время, кажется, российские космонавты постепенно отказываются от оружия. По словам космического историка Джеймса Оберга, который обнародовал практику провозки оружия на борту космических кораблей «Союз», российские экипажи могут голосовать по вопросу того, брать оружие на борт или нет, и они регулярно выбирают этого не делать. В современную эпоху GPS и спутниковой связи повторение истории «Восхода» маловероятно.

Космический огород

Астронавты имеют собственную теплицу, где выращивают зелень. Свежая зелень, выращенная в условиях микрогравитации, официально включена в меню на Международной космической станции.